工業物聯網發展的擋路石

趙鐵成

上海交通大學博士

2012年底，GE公司在一份報告（《Industrial Internet:Pushing the Boundaries of Minds and Machines》）中認為：將傳統的工業（涵蓋制造、自然資源開發、建筑、公用事業等）與運輸業和醫療保健業加起來，全球經濟的46%或全球產出中的32.3萬億美元，將得益于工業互聯網，并且隨著全球經濟和工業的發展，這一數字還將繼續上升。到2025年，預計廣義工業份額將增長至全球經濟的50%，或占未來全球產出中的82萬億美元。

GE在這里所談的“工業互聯網”，可以對應為我們的“工業物聯網”、“智慧工業”等概念。雖然這些概念之間存在細微差別，但實際上大家都心知肚明：無非是如何利用信息產業最新技術與商業模式成果來實現傳統產業的升級，用工信部的概念來講叫“兩化融合”。概念不說了，下面本文中都一概稱為“工業物聯網”。

前景如此誘人，那在發展中有哪些因素會阻擋工業物聯網改變世界的進程？

認知問題

首先是認知度問題，即還是概念困局。凌亂紛雜的稱謂，實際上就和物聯網在其他領域的情況一樣，叫人迷惑。

不能小瞧這個迷惑，因為傳統工業領域普遍都是具有自己約定俗成甚至有行業標準的行話語匯的，一個外延和內涵有點飄忽不定的稱謂，一般都會引起傳統行業客戶的抵觸。比如物聯網最初被認為傳感器網絡，后來又逐漸上升到業務邏輯層面。

而企業客戶中非技術出身的管理人員，有時會聽著你的方案介紹突然聯想起某部自己以前看過的科幻片，以為我們已經進化到計算機控制一切的3014年，立刻提出一些超越當前技術能力，甚至違反物理常識的需求。

第二就是物聯網概念誕生的特殊語境。我們知道，一項理論之所以被認為具有指導價值，一般是因為研究者從先期的探索中發現、總結了該規律，并利用抽象思維發展出一系列后續的推論，然后將這些推論用于新的實踐，并在實踐中獲取了成功和修正。這種“從實踐中來又反饋實踐”的過程建立了人們對該理論的信心。類似的模式從牛頓定律到典型商業模式無不如此。

物聯網就有趣了：實際上這個概念誕生于上世紀90年代后期，但是智能電網、智慧交通的努力從上世紀70年代就開始了，雖然遠程醫療在2000年后隨著互聯網的普及才開始了商業化，但是也早就出現在80年代的科研實踐中，并且已經被賦予了專業名稱，更不要說家庭自動化和安防。然后就有人跳出來說這些那些你們以前做的都叫物聯網，而且有了這個名字以后貌似也沒產生什么新的應用門類，相信如果您是那些領域的從業人員，第一反應一定是“你扯什么，突然跑到我家里把我孩子改了個名字算啥”。

更糟的是，物聯網概念誕生后，產業信息化的腳步似乎還是按照原來的慣性前進著，并未見特別的躍升，比如沒有產生跨行業的重大技術標準和產品。

不過所幸，一些工業領域中原本在傳統工控語匯中不太好定義的輔助系統，現在也算有了一個統一的稱謂，叫“物聯網應用”了。比如現在電力和油氣管道行業把原來用于生產管理的SCADA之外的生產信息化系統逐漸都統稱為物聯網應用。

安全性問題

其次是安全性問題。工業控制系統一般都是運行在局域網或者專網內的，網絡本身屏蔽了外來的信號入侵，隔離的網絡和網絡內“怪異”的專有協議，阻擋了外部的潛在攻擊者。而且為了優先滿足實時性，工業通信的一些協議更傾向于把加密等功能放在第二位。

但是，在物聯網時代，很多設備之間的信號要通過公網來實現，那些傳統的工業通信設備放在互聯網上簡直就是不設防的裸奔！工業系統被惡意入侵的事件實際上從上世紀90年代開始一直存在，從電網到采暖鍋爐花樣百出。那么，安全性問題要從哪個層面來解決，如何去解決就是設計一個工業物聯網系統的時候必須首先考慮到的。

因此也可以預言，未來工業物聯網時代的到來，一定會催生一批新的工業數據安全相關的技術和企業。

遠程維護能力

再次是遠程維護能力。人們的第一反應，還是用傳統的工業控制和通信設備來搭建物聯網，但是這些設備的設計暗含了一個用戶場景：就是他們是在一個廠區內被使用 的。

所以，當這些設備出現問題的時候，第一反應或假設是有人會在可忍受的時間內去現場查看、檢修。即便是PLC、RTU等有診斷接口的設備，往往也只是為了方便檢查者下載數據使用，真正考慮幾百公里之外的遠程診斷的設備不多。

這對于可能需要大范圍部署設備的工業物聯網就完全難以接受了：這些物聯網設備（終端、網關等）可能要被部署在相當大的地理范圍內，從而使得檢修這些設備成為相當耗費資源的事情，檢修者也往往無法在可忍受的時間到達設備現場。

如果這些物聯網設備自身沒有足夠的遠程診斷和維護能力，就必然發生這樣的尷尬：某管道公司在上了一套用于遠程監測管道閥室內自控設備的物聯網系統后，雖然不用在開著越野車巡檢那些自控設備了，但是改成開著越野車巡檢那些附加的物聯網設備了。

成本問題

又次是成本問題。在筆者測算過的一個油氣管道設備管理物聯網項目中，如果用傳統工業SCADA技術和產品，需要的成本是采用物聯網網關方案的5倍。其實該類需求一直存在，有理由相信是之前只能采用SCADA技術而被昂貴的成本所擋住，無法形成有效需求和訂單。這里要順便交代一點背景知識：傳統的工業控制技術一般都是服務于生產設備，對信號的實時性很講究；而類似于設備管理、能效管理和安防等類應用，對實時性的要求就可以降一個甚至幾個數量級了。

如果以工業控制的理念來設計這些物聯網系統，則必然會因為為用戶提供了一些實際上并不需要的計算能力或技術特性，造成成本居高不下。

成本問題還可以從商業模式的角度來改進。GE的報告中所展望的還是來自于傳統大工業的應用，這份報告的偏頗之處在，現實中存在很多工業物聯網的“屌絲”級中小企業用戶。或者雖然企業本身有相當的規模，但是對該應用需求量并不大。

這些碎片化的應用市場，采取傳統工業控制系統常用的系統集成、定制開發的理念，往往要么難以回收開發成本，要么干脆就因為報價太高而賣不出去。如果采取云計算等服務理念和設備租用的模式，甚至采取互聯網“羊毛出在豬身上”的免費模式，可能更有前途。

同時，為了適應這樣的商業模式創新，也一定會帶來新的技術問題需要在系統設計的時候進行解決。比如一個基于物聯網的多租戶云計算平臺，對數據的保密性、共享性和用戶管理模式都產生新的課題。

系統設計理念問題

最后是系統設計理念問題。傳統的工業控制網絡以集中式為主，即數據向一個服務器集中，然后決策后的控制數據也由該中心統一發出。但是工業物聯網系統覆蓋的地域相對寬廣、通信聯絡往往是不可靠的公網，這種集中模式即不經濟，也使部分必須盡快響應的就地業務邏輯難以保證。

比如一個變電站的安防系統如果被觸發，最佳的響應方式是現場的網關在向數據中心發送報警信號的同時就觸發現場的聲光報警器，而不應該把報警信號放到數據中心，由數據中心再返回聲光報警器的啟動指令。

否則一旦通信鏈路有問題，現場的報警也就無法實現。在實踐中還有很多例子，說明數據全部由現場直接送回中心再處理即不經濟，也無必要，總的來說不如經過一定的就地加工后再將結論性數據發送給中心。

也就是說，工業物聯網系統中的決策中心是分級分散的，而不應是大集中的。但是，實踐中很多團隊不由自主會按照數據集中的理念來設計工業物聯網系統，最終導致一個物聯網系統在建設運營成本和功能性能指標上都達不到要求。

總地來說，工業物聯網的推廣，其本質還是來自產品和商業模式理念的沖突。物聯網系統的基本設計理念是偏向協同的，具有ERP甚至互聯網中企業社交的基因，而與有意無意帶入的工業控制理念產生沖突。

目前活躍于該領域的企業，一般也脫胎于原來的工業通信領域，工業物聯網必須要繼承一些工業控制領域的技術和通信協議的約束，而懂得這些技術約束的人恰恰又是信息化領域中距離互聯網思維最遠的一群。

這一點在中國尤甚：中國工業軟件對進口依賴嚴重，長期的行業隔離導致一般出身于工控領域的程序員往往因為自己是基于進口軟件的二次開發而不認為自己是軟件工程師，更不用說要和互聯網搭上干系。這些理念殘余的肅清，一定是有個過程的。